煤炭基础知识

-1-煤炭基础知识一、煤炭的生成煤炭的生成。煤炭是古代的有机物（主要是植物）的遗体，经过生物及化学的变质作用而形成的。大体可分为两个阶段，第一阶段是泥煤炭化阶段，即由植物转变成泥炭阶段。当植物枯死之后，堆积在充满水的沼泽中，开始是水存在的氧气不足，后来在水面下隔绝空气，并在细菌的作用下，直到植物的各部分不断分解，相互作用，最后植物的遗体变成了褐色或黑褐色的淤泥物质，这就是泥炭。这个过程，叫做泥炭化过程。这个阶段需要漫长的地质历史时期，需要进行千百万年。第二阶段，由泥炭转变成褐煤，褐煤转变成烟煤，烟煤再转变成无烟煤阶段。当泥炭层形成后。有水经常冲刷大陆的低洼地方，带来了大量的砂、石，在泥潭层逐渐形成岩层（称为顶板）。被埋在顶板下的泥炭层在顶板下的泥潭层在顶板岩石层的压力作用下，发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等一系列变化，同时它的化学组成也发生了缓慢的变化，逐步变成比重较大，较致密的黑褐色的褐煤。当顶板逐渐加厚，顶板的静压力逐渐增高，煤层中温度也逐渐升高后，煤质便发生变化，逐渐由成岩作用变成了以温度影响为主的变质作用。这样褐煤逐渐变成了烟煤、无烟煤。如果有更高的温度，最终可能变成石墨。成煤必须具备四个先决条件：（1）植物条件。（2）气候条件。（3）地理条件。（4）地壳运动条件。二、煤炭的分类及各类煤的主要特征和用途(1)煤炭按煤的用途分为：动力煤、炼焦煤、喷吹煤及无烟煤凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于-2-动力用煤，简称动力煤；作为生产原料，用来生产焦炭，进而用于钢铁行业的煤炭种，称为炼焦煤；钢铁行业高炉喷吹用的喷吹煤；无烟煤块煤主要应用是化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹。我国约1/3的煤用于发电，目前平均消耗为标准煤（7000大卡）370g/kw.h。(2)煤炭按粒度分类：经简单筛选后剩下的大块有烟煤,筛选常用通过网目大小来规定最小尺寸的块度。块煤:﹥13mm,最大块不得大于300mm主要分为三类混煤末煤（助燃用）：粒度﹤13mm(3)煤炭按煤的挥发分，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，具体分类如下：1.褐煤（HM）它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。2.长焰煤（CY）它的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。-3-3.不粘煤（BN）它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量较小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。4.弱粘煤（RN）水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易碎，粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。5.1/2中粘煤（1/2ZN）它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。6.气煤（QM）挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。7.气肥煤（QF）它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。8.肥煤（FM）具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分，加热时能产生大量的胶质体，形成大于25mm的胶质层，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块。由于粘结性强，因此，它是配煤炼焦中的主要成分。-4-9.1/3焦煤（1/3JM）它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。10.焦煤（JM）具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。11.瘦煤（SM）具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。因此，用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。12.贫瘦煤（PS）挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。13.贫煤（PM）具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。14.无烟煤（WY）它是煤化程度最高的煤（含碳量可达95%左右）。挥发分低、比重大、硬度-5-高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及制造电石、电极和炭素材料等。中国煤炭分类国家标准GB5751-86类别缩写数码分类指标Vr%GRLY/mmb/%PM/%Qgw/(MJ/kg)无烟煤一号WY01≤3.5二号WY023.5~6.5三号WY036.5~10贫煤PM1110.0~20.0≤5贫瘦煤PS1210.0~20.02~20瘦煤SM1310.0~20.020~501410.0~20.050~65焦煤JM1510.0~20.0﹥652420.0~28.050~65≤25≤1502520.0~28.0﹥65≤25≤1501/3焦煤1/3JM3528.0~37.0﹥65≤25≤220肥煤FM1610.0~20.0(﹥85)﹥25﹥1502620.0~28.0(﹥85)﹥25﹥1503628.0~37.0(﹥85)﹥25﹥220气肥煤QF46﹥37.0(﹥85)﹥25﹥220气煤QM3428.0~37.050~6543﹥37.035~5044﹥37.050~6545﹥37.0﹥65≤25≤2201/2中粘煤1/2ZN2220.0~28.030~503328.0~37.030~50弱粘煤RN2220.0~28.05~303228.0~37.05~30不粘煤BN2120.0~28.0≤53128.0~37.0≤5长焰煤CY41﹥37.0≤5﹥5042﹥37.05~35褐煤一号HM151﹥37.0≤30二号HM252﹥37.030~50≤24注：Vr–干燥无灰基挥发分；GRL-烟煤的粘结指数；Y-烟煤的胶质层最大厚度；b-烟煤的奥亚膨胀度；PM-煤样的透光率；Qgw-恒湿无灰基高位发热量-6-1．G85，再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤与其它煤类，当Y25.0mm时，应划分为肥煤或气肥煤，如Y《25mm，则根据其Vdaf的大小而划分为响应的其它煤类。按b值分类时，Vdaf《28%，暂定b150%的为肥煤，Vdaf28%，暂定b220%的为肥煤或气肥煤，如按b值和Y值划分的类别有矛盾时，以Y值划分的为准。2.Vdaf37%，G《5的煤，再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。3.Vdaf37%，PM30%-50%的煤，再根据热量Qgr，如其值大于24MJ/kg(5739cal/g)，应划分为长焰附表：密度表：煤炭分类图：褐煤长焰煤不粘煤弱粘煤1/2中粘煤气煤气肥煤1/3焦煤肥煤焦煤瘦煤贫瘦煤贫煤无烟煤动力煤炼焦配合煤炼焦煤动力煤名称泥炭褐煤烟煤无烟煤粘土密度（kg/m³）0.720.8-1.41.2-1.51.4-1.82.4-2.6-7-不同煤化程度煤炭的光泽、颜色和条痕色煤化光泽颜色条痕色褐煤无光泽或暗淡的沥青光泽褐色、深褐色或黑褐色浅棕色、深棕色长焰煤沥青光泽黑色、带褐色深棕色气煤沥青光泽或弱玻璃光泽黑色棕黑色肥煤玻璃光泽黑色黑色、带棕色焦煤强玻璃光泽黑色黑色、带棕色瘦煤强玻璃光泽黑色黑色贫煤金属光泽黑色、有时带灰色黑色无烟煤似金属光泽灰黑色、带有古铜色灰黑色-8-三、煤炭指标通过煤的工业分析结果，可以大致了解煤中有机质和无机质的含量，有机质的性质，用于初步判断煤的种类和加工利用效果及其工业用途。煤的工业分析主要包括以下六个方面：全水是煤炭中含有的水分，灰分是煤炭燃烧后剩余的灰分，挥发份是煤炭燃烧中可挥发成分，固定碳是指煤炭除去水分、灰分和挥发分后的残留物，全硫是煤炭中所有硫元素含量（污染指标），热值是煤炭的发热量，它是确定煤炭质量用途的重要指标。1、水分（M）煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。煤中水分过大是不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。现在我们常报的水份指标有：1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。-9-2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。煤中水分的赋存状态分为2大类。一类是与矿物质相结合的水，称为化合水或结晶水。如石膏（CaSO4。2H2O）和高岭土（Al2O3。2SiO2。2H2O）中的结晶水就是以化合形式与矿物质相结合。这部分水分通常要在2000C以上的温度下才能分解析出。如CaSO4。2H2O中的2个分子结晶水要在5000C以上才能完全脱除，在1700C时能脱除其中1.5份结晶水。工业分析中的水分则不包括这部分结晶水。另一类水分是以物理状态与煤的有机物质相联系。即水分以附着和吸附等形式存在于煤中，这部分水统称为游离水分。这些游离水分在105-1100C的温度下经过一定时间的蒸发即可全部脱除。游离水分的多少在一定程度上能表征煤炭的煤化程度深浅，也是决定媒质优劣的重要参数之一，当煤的内部毛细孔吸附的水分达到饱和状态时，其所含的水分称为煤的最高内在水分。煤内部毛细孔容积的大小，基本上能表征煤的煤化程度。尤其是低煤化度煤，毛细孔的内表面积很大，其最高内在水分含量也高。煤的外在水分和内在水分合称为煤的全水分（Mt）。由于煤的外在水分随煤矿地质条件、大气的湿度等外界条件的改变而变化，所以煤炭的全水分含量也是经常发生变化的。收到基水分就是指煤的全水分。包含内在水分和外在水分。如果说空气干燥机水分，只是包含内在水分，不包含外在水分。2、灰分A灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。-10-灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。能常的灰分指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad）等。也有用收到基灰分的（Aar）。灰分是煤炭质量的基本指标之一。煤在彻底燃烧后所剩下的残渣称为灰分，灰分分外在灰分和内在灰分。外在灰分是来自顶底板和夹矸中的岩石碎块，它与采煤方法的合理与否有很大关系。外在灰分通过分选大部分能去掉。内在灰分是成煤的原始植物本身所含的无机物，内在灰分越高，煤的可选性越差。灰分是有害物质。动力煤中灰分增加，发热量降低、排渣量增加，煤容易结渣；一般灰分每增加2%，发热量降低100kcz1/kg左右。冶炼精煤中灰分增加，高炉利用系数降低，焦炭强度下降，石灰石用量增加；灰分每增加1%，焦炭强度下降2%，高炉生产能力下降3%，石灰石用量增加4%。3、挥发份全称为挥发份产率V挥发份指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。常使用的有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vda